異位發酵床技術是處理奶牛場糞污的良好途徑

王均良 毛宏偉 王 沖 逄國良 陳 真 張亞婷

1.陜西省畜牧技術推廣總站，西安710016；2.榆林職業技術學院農學院，陜西榆林719000；3.陜西省榆林市飼料飼草監測檢驗站，陜西榆林719000；4.陜西省楊凌區農業農村局，陜西楊凌712100

規?；?、集約化奶牛養殖的發展,不僅給人們提供了大量牛奶，與此同時產生的大量糞污也給環保帶來了極大的壓力。1 個1 000 頭（其中成母牛600 頭）的奶牛場，全年產生的糞污達10 800 t、污水9 000 t、氮素90 t，若種植蔬菜和谷物，年種1 茬需要消納土地600.03 hm2[1-2]。盡管如此，2016 年，我國人均乳制品折合為鮮奶消費僅有36 kg，只是世界平均水平的1/3，發展中國家的1/2，歐盟的1/7，美國的1/8[2]。伴隨著我國二胎政策的放開和人們對美好生活的追求，牛奶作為大自然賦予人類最完美的食物，未來人們對其消費必然會持續增長，屆時由此形成的糞污處理壓力也會不斷加大。為此，我們必須從目前處理糞污的方法中，尋找出更良好的途徑，以實現環保和養殖雙贏。

1 控制奶牛糞污源頭

為了減少末端處理糞污的壓力，對源頭進行控制十分必要。采用雨污分流、干清糞、高壓沖洗、防止牛場凈水“跑冒滴漏”混入污水。用擠奶間沖洗水循環沖洗圈舍。加大飼料利用率的研究，采用平衡氨基酸日糧。精細加工粗飼料：中央電視臺7 臺科技苑曾報道陜西臨潼某一草業公司，將用于青貯的秸稈橫切縱切拉成絲后、變成類似青草直徑、青綠柔軟狀態，再添加各種益生菌，壓實制作青貯料。該料的適口性、草食畜采食量、消化率大幅提高，被稱秸稈面包。奶牛采食后，明顯草肉比、草奶比降低。由于秸稈被細化柔軟，大大增加了秸稈與瘤胃內微生物的接觸面，提高了利用率，減少了草料浪費、奶牛場的廢棄物和糞便中的有機質含量。

2 奶牛糞污處理方法

2.1 直接使用

奶牛場需要建筑貯糞池，以儲存期1 個月、存欄1 000 頭奶牛場計算，需要堆肥場900 m3，污水池750 m3，其中污水池還需要加上高度為0.9 m 的預留體積（暫不考慮降雨）[1]。在奶牛場周圍有配套土地，將較稀的糞便或混合糞污直接施予土地中，糞便在土壤中自然熟化、發酵，可最大限度地減少養分丟失。使用時應避免在冰凍的土地使用；施后應立即翻耕覆蓋，切忌堆放田間地頭；若使用于果樹則既要覆蓋，又要和果樹根部保持一定距離，以減少肥效過強對樹根造成傷害；每667 m2施肥量不高于5 t；施肥后2 個月方可栽培作物。此法受制于輻射半徑、季節及目前奶牛場的布局。未來養殖場的布局務必考慮周邊相應的土地配套，以利于直接處理奶牛糞污方法的推廣，大大減少糞污處理費用。

2.2 干糞處理

干糞是經過固液分離或糞便脫水后形成的水分較低的糞便。

1）堆肥或生產有機- 無機或有機肥。一種方法是在糞便中添加秸稈、草粉、米糠、玉米芯、益生菌等，調節含水量為45%～60%。采用有氧發酵或厭氧發酵，以好氧發酵為主。將糞便堆成槽式、條垛式，每周翻堆1 次。另一種方法是靜態堆肥，在堆肥下部鋪墊管道，通過管孔定期正壓送風，管孔注意朝向側下方。發酵時間條垛式夏季75 d、冬季90 d，槽式、靜態堆肥比條垛式時間少15 d。當堆心溫度保持在40 ℃以下、不再發生升溫、物料呈褐色或黑褐色、質地疏松時即好。大型乳企自建牧場若有配套土地、家庭農場、規?；N植，機械耕作，可使用大包裝或罐車散運直接施予。亦可采用訂單式生產，根據簽約土地種植作物營養需要和土壤營養含量、糞便營養差距，添加氮磷鉀硼鐵錳硅等或菜粕豆粕等高蛋白有機物，進行烘干、制粒、冷卻、裝袋生產有機- 無機復混或有機復合肥，特別是后者，施予果、菜、糧、塊根塊莖等作物，效果很好。對于一般農戶，應結合目前農村勞力年齡大、體力差、文化少的實際，盡量生產小包裝，便于使用。做好售后服務。國家對此應制定減少化肥使用，鼓勵有機肥使用政策。以此逐步改良土壤結構，增加土壤有機質含量，提高作物產量和品質，生產有機綠色農產品，有利國人健康。使用此法需要建立防雨棚，占地面積大，槽式的還需要建立發酵槽，需要大型翻堆機；需要注意監測溫度；生產中要采用防臭措施，加大通風和翻堆；使用上要加大宣傳，提高其接受度，改變目前使用率低的局面。

2）生物鏈轉化。將牛糞經過一定處理后，添加一定輔料，通過食用菌或蚯蚓轉化，前者可以供人們食用，后者可作為高蛋白飼料進行養殖。均可進行工廠化生產，實現資源化利用，但投資較大。

2.3 污水處理

奶牛場的污水主要來源于奶牛尿液、沖洗圈舍殘余糞便、飼料污水、糞便固液分離污水，養殖場管理不善跑冒滴漏混入水、擠奶廳沖洗污水，但后者有機質較少，一般可循環利用沖洗圈舍。

1）物理處理法。利用格柵、化糞池、濾網等設施進行簡單處理?？扇コ?0%～65%的懸浮物，并使BOD5下降25%～35%。污水流入化糞池，經12～24 h 后，使BOD5降低30%，其中的雜質下降為污泥，流出的污水則排入下水道。污泥在化糞池應存放3 個月至半年，進行厭氧發酵。若沒有進一步的處理措施，還需要藥物消毒[3]。

2）化學處理法。用化學藥品除去污水中的溶解物質或膠體物質。混凝沉淀：用硫酸鐵、結晶氯化鋁、聚合氯化鋁鉀、三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵等絮疑劑，使污水中的懸浮物、和膠體物質沉淀而達到凈化目的，上述絮疑劑以聚合氯化鋁鉀效果最好[3]。此法稱為絮凝技術，此外還有氣浮技術、電解技術、膜濃縮分離技術、臭氧氧化技術。這些技術仍然需要后續的生物處理及消毒處理。

3）生物處理法。利用水中微生物代謝分解其中的有機物，對污水進行處理。

活性污泥法。在污水中加入活性污泥（微生物、原生動物及一些無機物和尚未完全分解的有機物等），在通入空氣后，好氧微生物大量繁殖，并產生大量膠體物質和懸浮物黏附在一起，形成具有極強吸附污水中有機質和氧化分解能力的絮狀菌膠團，達到凈化的目的。

生物過濾法。使污水通過一層表面充滿生物膜的濾料，依靠生物膜上大量微生物的作用，并在氧氣充足的情況下，氧化污水中的有機物[3]。該法又分為普通生物濾池、生物濾塔、生物轉盤3 種。

4）氧化塘。好氧性細菌消耗污水中的有機質，產生氨氣、磷酸、鉀和二氧化碳，水中的藻類依靠這些物質進行生長，釋放氧氣，形成共生系統，持續不斷地凈化水質。氧化塘需要做鋼筋混凝結構，防滲漏，因占地面積大，一般不建頂棚，池壁高于地面，防止雨水進入。氧化塘分自然塘和人工塘，前者一般水深0.5～1.0 m，總容積應是污水量的100～200倍。設施簡單、投資小，缺點是廢水在塘內停留時間長，與溫度有關。北方地區冬季長，影響效率。人工塘內部有曝氣裝置，增加水中含氧量，利于好氧細菌繁殖，水深4～6 m，容積為每天污水量的4～5倍。處理效率高，占地小，但投資大，污水處理不徹底，后續還需要配套一定的自然塘進行處理，依然存在季節問題。

5）人工濕地。人工建造的類似于沼澤的工程化濕地系統，污水按一定方向流動，應盡量利用地勢，減少投資，水深在0.3～1.6 m，經過濕地中的土壤、植物、微生物的多重作用，達到凈化目標?？壳暗某刈幼龇罎B處理，靠后的不做，但都有池埂。水中種挺水植物如蘆葦等和浮水植物如浮萍和沉水植物如伊樂藻等，形成立體凈化網，達到凈化目的。與氧化塘結合使用，一般在體系的最末端，可達標排放，用于灌溉、養魚、種植蓮藕等。但北方寒冷季節，處理效果差、占地面積大、需要預處理是其缺點。污水需要去除沉淀物和漂浮物等預處理，控制污水中的固形物含量，BOD5負荷率為0.73 kg/（hm2/d），否則人工濕地是無效的。

6）沼氣轉化。主要是利用厭氧發酵技術，將污水轉化為沼氣作為燃料或發電。但投資大、需要專業人員設計，要一次投資到位，請接受過培訓、責任心強的人員管理維護，否則易發事故。但糞水需要固液分離預處理，否則很可能造成厭氧設備堵塞，影響系統處理效果和壽命，也受季節影響，供氣與季節倒置。發酵后的沼渣和沼液需再次處理，前者可與干糞一起利用好氧工藝加工成有機肥，沼液需要經過自然塘、人工塘、人工濕地處理后可達標排放。

2.4 發酵床處理

1）發酵床技術的歷史及在我國的運用。發酵床技術最早源于日本，1970 年世界上出現了第一個以木屑為墊料的微生物發酵床系統，1985 年加拿大的BIOTECH 公司推出了第一個以農作物秸稈為深層次墊料的發酵床系統。1999 年，發酵床技術推廣會在日本鹿兒島大學舉辦，由此此技術在世界上許多養殖場得以推廣[4]。我國在豬雞糞便上早有應用。原理在此不再細說。相比直接使用周邊土地配套問題，生產有機-- 無機肥或有機肥、污水多法凈化，此技術簡單高效、維護方便，是一種環保、生態、生物發酵、資源化利用，對外零排放的糞污處理方法，受到許多豬雞養殖場的青睞。近幾年在湖北武漢、山東萊蕪、浙江金華等地的一些奶牛場也得到應用，大多成功，鮮有失敗。目前我國有100 多家奶牛場采用發酵床技術進行養殖均取得不錯效果[5]。

2）目前我國奶牛場發酵床的類型。

①全發酵床養殖。主要包括舍內、舍外2 種。前者又分為2 種，一種是對牛場中所有牛采食、休息、運動區域均鋪墊墊料，厚度以50～60 cm 為宜。地面用三合土、紅磚、水泥均可。牛場中所有糞尿均排泄在發酵床上。管理上通過及時覆蓋糞便于墊料下、避免蚊蠅孳生，定期用機械翻拋、疏松，墊料在使用過程中減少量達到10%就要及時添加[6]，及時監測菌種是否需要補充，墊料水分是否合適，調整各階段奶牛飼養密度，保證墊料中氧氣供應，促進微生物活動，從而將糞尿分解，舍內幾乎無異味，管理好的墊料可運用3 年左右, 腐熟后直接加工成有機肥銷售。舍內不用再配刮糞板、沖洗牛舍，無需地下污水收集管道、雨污分流，不需要漏縫地板。牛飲水位置在?？梢允孢m飲用的同時盡量遠離發酵床。完全通過發酵床微生物分解糞污，實現對環境的零排放。

②半發酵床養殖。因產奶牛排泄量大、養殖面積大、產奶牛在采食道上排泄量占全部排泄量的25%～40%[7]。因此，在產奶牛舍食槽前最好建2.8 m的水泥地面，因有一段水泥地面所以叫半發酵床養殖。將水泥地面上產生的糞尿，及時清理并覆蓋在附近地方的墊料下進行混合。混合后若濕度過大，可將這部分墊料運出后晾曬，待濕度降低再運回使用。同樣，在全發酵牛床采食區附近的墊料也會出現濕度過大問題，亦需要同樣處理。墊料的管理方法與全牛床發酵養殖相同，但要麻煩一點。

③異位發酵床養殖。將墊料從牛舍移出，在牛舍或牛場外擇一平地，建槽式發酵池、地面做防滲，周壁、地面水泥抹平，上鋪墊料，建立發酵床，上配陽光棚，床周通風良好。實行奶牛和發酵床分離。墊料可以鋪墊至1.4～1.5 m 厚，墊料來源可以更廣。每條發酵床寬3.5～4.5 m，與翻堆機匹配，長度和條數多少以40～60 m3/d 降解1 t 污水來確定。在降解床之間配套建設污水池[7]。需要采用機械或人工干清糞（以規模而定），牛舍內有地下污水收集設施。需要雨污分流、節水措施、高壓槍沖洗殘余干糞，尿液隨漏縫地板落下，通過斜坡，收集到污水貯存池。收集的糞便和污水用攪拌機攪拌均勻后，定期噴淋在墊料上，間隔以糞污和發酵基質混合后保持在70%濕度，一般72 h 噴淋1 次。待糞尿在墊料上停留3～4 h 完全滲入后，用翻拋機夏季每天翻堆，冬季1～2 d 翻堆1 次。配套設備有抽污水泵、攪拌機、槽式翻拋機、變軌移位機、自動噴淋機[7]。附屬建設有污水貯存池、堆糞處、均質池、陽光棚。

④3 種發酵床的比較。全發酵床養殖優點是沒有地下排污系統、地上建筑同一般牛舍，不需要刮糞板和沼氣、固液分離、臥欄架等設施，大幅降低奶牛場占用的土地需求量，既降低勞動強度，總體投資也較一般牛舍費用要低。同時亦可用舊的牛舍改造，將刮糞板和臥欄架拆除，水槽設置以不妨礙機械通行即可。管理得當真正可以實現舍內的環境無異味，舍外環境零排放。但目前我國還沒有完全掌握這一核心技術的研發單位[4]。

半發酵床養殖針對全發酵床養殖的弊端，有針對性地進行改造，結果較全發酵床理想。兩者都有利于冬季在寒冷地方保溫的特點，但在夏季這一優點卻成為缺點。這兩者更大的缺點是墊床區域不能用任何消毒劑，這樣一旦發生傳染病則會造成不可預料的后果[4]，這是發酵床技術最要命的一點。而且要注意養殖密度，犢牛階段以3～5 m2/頭，參配前8～10 m2/頭，育成牛以10～15 m2/頭、產奶牛以20～25 m2/頭為宜，保證根據養殖規模留夠發酵床面積。否則，密度過高會出現“死床”現象。要注意調整墊料水分，以整體墊料水分70%以下為宜。注意翻拋頻率，第1 次翻拋是在上牛后7～10 d，之后保證2～3 d 進行1 次，深度均以25～35 cm 為宜，每隔15 d 進行一次徹底翻拋，并注意將墊料層混合均勻[5]，翻拋頻率,以保證墊料的通透性和內部氧氣供應充足為準，否則也會“死床”，輕則影響體細胞數，影響牛奶品質，重則引起乳房炎[7]。

異位發酵床養殖相對前兩者，將發酵床建在了舍外或場外，實現了牛床分離，墊料可以鋪得更厚，墊料的組成可以更廣泛，適合大型機械翻拋，處理效率高，發酵更充分，很少發生“死床”，不會造成墊料重大損失；不會對牛造成影響；管理時也便于測試墊料濕度、溫度、檢查發酵情況；也有利于監管部門監管，不會因監管人員進場因消毒不嚴帶來的生物安全隱患；更重要的是不會影響牛舍內正常的消毒，避免發生大的疫情，也不會因墊料濕度過大牛在上躺臥、踩踏造成?；忌现禾悴?、皮膚病、乳房炎等；不會因鋪上厚的墊料給牛運動帶來不便；能避免床體夏季溫度高，給牛帶來不適，影響產奶量。為保證牛臥欄上的舒適度，可先鋪墊干土10 cm，再鋪濕度為50%的牛糞20 cm。與前2 個發酵床相比，牛舍空氣環境要差，但一般牛舍都是開放式牛舍，影響不會太大，亦可通過增加通風量解決，因此，在3 種發酵床奶牛養殖方式中，異位發酵床更科學先進。

異位發酵床技術，與過去一般干糞加工有機肥、污水再處理分兩段走相比更簡便，可實現一步到位；與為處理污水而建設沼氣設施、進行維護、管理不好發生事故相比不存在安全問題，治污能力是傳統沼氣模式的1.8 倍；與糞尿直接使用受制于季節和周邊需有消納土地相比更靈活；與氧化塘、人工濕地等生物處理法相比，占地面積小，不需要預處理，投資低；與物理化學工業化治理模式相比，操作更簡便，綜合效益更高，同等養殖規模下土地利用率遠高于其他模式，建設及運行成本更有優勢[8]。

異位發酵床使用需要注意的問題有：腐爛、霉變、使用過化學防腐物質的原料不能用；每次噴灑前，應將糞污水混合均勻；每次噴灑量以墊料下40～50 cm 水分含量在45%～60%、pH 5～8 為宜，并根據季節調節添加量，嚴防一次添加過多，造成“死床”；噴灑后4～8 h 翻動墊料；噴淋24 h 后，墊料下40 cm 處溫度應上升至45 ℃左右，48 h 后應升至60 ℃，在該溫度下保持24 h 后，再進行下一次噴淋；每天翻拋1～2 次，以最大限度增加水分蒸發量，當溫度升至70 ℃要增加翻拋次數；當墊料高度降低至15～20 cm 時，應及時補充墊料；養殖場應記錄溫度、噴灑、翻堆記錄，積累經驗；定期清除池中雜物，避免影響排污泵運行；防止消毒劑流入墊料；盡量使用益生菌替代抗生素養殖，防止對微生物造成影響；菌種補充每周進行1 次，可直接添加在均質池內與糞污一起噴灑；菌種添加按說明使用。

3 結 論

奶牛養殖的糞污處理已成為奶牛業發展的瓶頸，通過對現有的奶牛糞污處理的各種方法進行對比，發現異位發酵床養殖更適合奶牛養殖糞污處理，希望該技術在實踐中得到更多的應用，科研單位能對此技術進行更深入的研究，使可用墊料品種更多、時間更長、成本更低；針對不同糞污成分，科學安排噴淋量、周期、翻拋次數、菌種添加，防止死床，使其日臻完善；未來奶牛場的規模及布局務必和周圍環境相匹配，以消化該技術后續產生的有機肥，實現農牧結合、良性循環、互利共贏。